(57)【要約】      【課題】  スペックルノイズを低減させることができ、かつコンパクトで光量ロスが少ない表示光学系を提供する。      【解決手段】  コヒーレンス性を有する光を用いて画像を投射する表示光学系において、該光を発する光源１０１と、該光源から発せられた光の偏光状態を時間的に変化させる偏光制御手段１００とを有する。また、偏光制御手段にいわゆるウォブリング機能を持たせてもよい。    【選択図】  図１
2006047422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレンス性を有する光を用いて画像を投射する表示光学系であって、
前記光を発する光源と、
前記光源から発せられた前記光の偏光状態を時間的に変化させる偏光制御手段とを有することを特徴とする表示光学系。
【請求項２】
前記光源から発せられた前記光を走査する走査手段を有し、
前記偏光制御手段は、前記光源から前記走査手段に向かう前記光の偏光状態を変化させることを特徴とする請求項１に記載の表示光学系。
【請求項３】
前記光源から発せられた前記光を画像信号に応じて変調する画像変調手段を有し、
前記偏光制御手段は、前記光源から前記画像変調手段に向かう前記光の偏光状態を変化させることを特徴とする請求項１に記載の表示光学系。
【請求項４】
前記偏光制御手段は、波長板と、該波長板を回転駆動する駆動手段とを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の表示光学系。
【請求項５】
前記偏光制御手段は、前記光の偏光成分に対して与える位相差が異なる複数の部位を第１の方向に有する素子と、該素子を前記第１の方向に駆動する駆動手段とを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の表示光学系。
【請求項６】
前記偏光制御手段は、入力される電気信号に応じて前記偏光状態を変化させる素子を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の表示光学系。
【請求項７】
前記光源は、赤色光、緑色光および青色光を発し、かつ以下の条件を満足することを特徴とする請求項４に記載の表示光学系。
λｂ＜λｗ＜λｒ
但し、λｗは前記波長板の設定波長、λｂは前記青色光の波長、λｒは前記赤色光の波長である。
【請求項８】
前記波長板の入射面と射出面とが相対的に傾いていることを特徴とする請求項４又は７に記載の表示光学系。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１つに記載の表示光学系を有することを特徴とする画像投射装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の画像投射装置と、
該画像投射装置に画像信号を供給する画像信号供給装置とを有することを特徴とする画像表示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光等のコヒーレント光（可干渉性を有する光）を用いて画像を投射する表示光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を用いてスクリーン上に画像を投射する画像投射装置が種々提案されている。例えば、特許文献１には、偏向器を用いてレーザ光を走査することで、スクリーン上に画像を表示するレーザ走査型ディスプレイが提案されている。
【０００３】
但し、レーザ光はコヒーレンスが高いので、表示画像中にいわゆるスペックルノイズ（粒状の干渉パターン）が現われ、画質劣化の原因となる。
【０００４】
スペックルノイズを低減する方法として、例えば特許文献２には、厚さがΔｔずつ異なるＮ個の領域からなる屈折率ｎの透明光学素子を用いる方法が提案されている。具体的には、半導体レーザの発散光束をコリメーターレンズで平行光束として透明光学素子に入射させ、段差Δｔの異なる部分を通過した光束（分割光束）に光路差（ｎ−１）Δｔを与えて、各分割光束の可干渉性を低減させる。透明光学素子を通過した可干渉性のない複数の光束をレンズで重ね合わせることにより、スペックルノイズを低減することができる。
【０００５】
また、特許文献３には、回転可能な拡散素子でレーザ光を散乱させることによりスペックルノイズを低減する方法が提案されている。レーザ光を拡散素子で散乱させることによって、スペックルパターンを高速変化させ、人間の眼の残像効果によりスペックルパターンを重ね合わせて平均化することにより、スペックルノイズが視認されないようにするものである。
【特許文献１】特開２００３−０２１８００号公報（段落００２１〜００２３、図１等）
【特許文献２】特開２０００−２０６４４９号公報（段落００２９〜００３２、図１等）
【特許文献３】特開平０６−２０８０８９号公報（段落０００６〜０００８、図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２において提案されている方法では、分割した光束に十分な光路差を与えるために、透明光学素子の段差Δｔを大きくする必要がある。この結果、光学系をコンパクト化することが困難になる。特に、固体レーザやシングルモードの半導体レーザのようなコヒーレンス長が長い光を用いた場合には、透明光学素子のサイズがきわめて大きくなる。
【０００７】
また、特許文献２において提案されている方法では、レーザ光を拡散素子を透過させることにより、比較的大きな光量ロスが発生する。さらに、散乱光の発生によりビーム径が変化し、表示画像の解像度が低下する。
【０００８】
本発明は、スペックルノイズを低減させることができ、かつコンパクトで光量ロスが少ない表示光学系を提供することを目的の１つとしている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１つの観点としての本発明は、コヒーレントな光を用いて画像を投射する表示光学系において、該光を発する光源と、該光源から発せられた光の偏光状態を時間的に変化させる偏光制御手段とを有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、コンパクトで光量ロスが少ない表示光学系でありながら、スペックルノイズを低減させることができ、高画質の画像を表示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１には、本発明の実施例１である画像投射装置における表示光学系の構成を示している。図１において、１０１はレーザ光源（可干渉性、コヒーレンス性を有する光、すなわちコヒーレント光を発する光源）である。レーザ光源１０１から発せられた光束は、コリメーターレンズ１０２により略平行光束化される。
【００１３】
ここで、レーザ光源１０１には、光源変調回路１２０が接続されている。光源変調回路１２０は、レーザ光源１０１から発せられるレーザ光の強度を、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレーヤ、ビデオデッキ、テレビチューナー等の画像信号供給装置１２１から入力される画像信号に応じて変調する。
【００１４】
コリメーターレンズ１０２から射出した略平行光束（以下、レーザビームという）は、該レーザビームの偏光状態を時間的に変化させる偏光制御ユニット１００に入射する。この偏光制御ユニット１００については後述する。また、偏光状態とは、後述するように直線偏光の偏光方向や楕円偏光の長軸方向といった偏光の形態を意味する。
【００１５】
そして、偏光制御ユニット１００から射出したレーザビームは、集光光学系１０３に入射する。集光光学系１０３から射出したレーザビームは、走査デバイス１０４に入射する。
【００１６】
走査デバイス１０４は、水平走査ミラー１０４Ｈと垂直走査ミラー１０４Ｖとが配置されており、入射したレーザビームを２次元方向に走査する。なお、本実施例では、水平走査ミラー１０４Ｈとして、半導体製造技術等を用いて製作されたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーデバイスであり、電磁力等を用いてミラーを往復揺動（振動）させることができるものを用いている。水平走査ミラー１０４Ｈのミラー面は１．５ｍｍ角というきわめて小さなサイズを有する。また、垂直走査ミラー１０４Ｖとしては、ガルバノミラーを用いている。
【００１７】
なお、本実施例では、それぞれレーザビームを一次元方向に偏向（走査）する水平走査ミラー１０４Ｈと垂直走査ミラー１０４Ｖを用いているが、１つのミラーを二次元方向に振動させることができるＭＥＭＳミラーデバイスを用いてもよい。
【００１８】
走査デバイス１０４によって走査されたレーザビームは、スクリーンや壁面などの走査面（投射面）１０５に向かう。走査面１０５上には、コリメーターレンズ１０２および集光光学系１０３によって光源１０１からのレーザビームが略集光されて結像する。したがって、走査デバイス１０４によって、走査面１０５上に形成される光源像が２次元方向に走査される。
【００１９】
図１において、矢印１１０は、水平走査ミラー１０４Ｈの揺動方向を、矢印１１１は垂直走査ミラー１０４Ｖの回転方向を示している。垂直走査ミラー１０４Ｖが矢印１１１の方向に回転することにより、走査面１０５上のレーザビームのスポット（光源像）は、矢印１０９の方向に走査される。したがって、走査面１０５上には、水平方向に往復する走査線１０６，１０７が走査面１０５の上端から下端に向かって形成されていく。これにより、人間の眼の残像効果により、１フレームの画像が表示される。
【００２０】
垂直走査ミラー１０４Ｖは、走査面１０５上の下端に走査線１０６を形成すると、次に走査面１０５の上端に走査線１０６を形成し、次のフレームの画像を形成していく。以下、この動作を繰り返す。例えば、水平方向８００画素、垂直方向６００画素のＳＶＧＡの画像を形成する場合、垂直方向の走査を６０Ｈｚで繰り返す場合、水平走査線は往路と復路とでそれぞれ３００本ずつ必要となるので、水平走査ミラー１０４Ｈには１８ｋＨｚ（６０Ｈｚ×３００本）の共振周波数が必要になる。なお、図１では、実際の走査線を間引いた形で示している。
【００２１】
走査面１０５上の領域１１２は、実際に画像が表示されるエリアである。水平走査ミラー１０４Ｈは、共振動作をすることから、振幅の最大のところに近づくと速度が遅くなり、画像を表示するのに適さないので、水平走査ミラー１０４Ｈの最大振幅に対応した領域よりも内側の領域１１２内でのみ画像を表示するようにしている。
【００２２】
本実施例では、レーザ光源１０１から走査面１０５に向かうレーザビーム、特にレーザ光源１０１から走査デバイス１０４に向かうレーザビームの偏光状態（ここでは、偏光方向）を時間的に変化させる偏光制御ユニット１００を設けている。
【００２３】
本実施例における偏光制御ユニット１００の構成について図２を用いて説明する。図２は、光源１０１から走査デバイス１０４までの光学系の水平断面を概略的に示している。本実施例では、直線偏光を発するレーザ光源１０１を用いる。また、レーザビームの偏光方向を模式的に符号Ｐで表す。偏光制御ユニット１００は、偏光制御素子としての１/２波長板２０３と、モータおよび該モータの回転を１／２波長板２０３に伝達する伝達部材等からなる駆動機構２０４とにより構成されている。
【００２４】
コリメーターレンズ１０２から射出したレーザビームは、１/２波長板２０３に入射する。駆動機構２０４は、この１/２波長板２０３をレーザビームの進行方向と略平行な軸を中心として回転駆動する。１/２波長板２０３が回転することにより、１/２波長板２０３から射出したレーザビームの偏光方向Ｐは、１/２波長板の２倍の回転速度で回転する。１/２波長板２０３から射出したレーザビームは、走査デバイス１０４に到達し、２次元方向に偏向されて走査面１０５上で走査される。
【００２５】
ここで、上記のような偏光制御ユニット１００によるスペックルノイズ低減の原理について説明する。スペックルは、走査面１０５に配置されたスクリーンで反射したレーザビームの散乱光が網膜上でランダムな位相関係で重なり合うことで発現する。通常のスクリーンは、表面粗さがレーザ光の波長より十分大きく、表面粗さの相関長（例えば、後述する相関係数を略０にする表面凹凸の周期）が照射スポット径より十分小さいため、スクリーン上の各点で散乱したレーザ光の位相は、スクリーン面の微視的な凹凸に対応してランダムになり、（−π、π）間で一様な分布をとる。このため、スクリーンからのレーザ光の散乱光が網膜上でランダムな位相関係で重なり合い、網膜上に不規則な粒状の干渉パターン（スペックルパターン）が発現する。
【００２６】
スペックルノイズを低減する手法の１つに、互いに相関の少ない複数のスペックルパターンを重ね合わせて、スペックル強度を平滑化する方法がある。互いに相関のないＮ枚のスペックルパターンを重ね合わせると、スペックルコントラストＣは１/√Ｎ倍に低減する。スペックルコントラストＣは、スペックル強度Ｉの標準偏差σＩと平均値＜Ｉ＞の比として定義される（Ｃ＝σＩ/＜Ｉ＞）。この手法、すなわち相関の無いスペックルパターンを重ね合わせることによってスペックル強度を低減させる手法を用いてスペックルノイズを低減するためには、理想的には互いに相関の無い（後述する相関係数が０となる関係のもの）複数のスペックルパターンを重ね合わせることが望ましい。しかしながら、相関の無い複数のスペックルパターンを作成することは困難であるため、互いに相関の少ない（相関係数が小さい）複数のスペックルパターンを発生させる必要がある。
【００２７】
本実施例でも、互いに相関の少ない複数のスペックルパターンを発生させて、スペックル強度を重ね合わせることにより、スペックルノイズを低減する方法を用いる。
【００２８】
ここで、スクリーンに入射するレーザビームの偏光方向と表示画像のスペックルパターンとの関係について、実験結果をもとに説明する。レーザビームの偏光方向がスクリーンの水平方向に対して０°、３０°、４５°、９０°の場合におけるスペックル強度の等高線図を図３に示す。図３の横方向と縦方向は、スクリーンの水平方向と垂直方向に対応しており、スクリーンでのスペックル強度が高い部分を黒色で表している。
【００２９】
図３に示すように、表示画像のスペックルパターンは、スクリーンに入射するレーザビームの偏光方向に依存して異なるパターンになった。さらに、スクリーンの水平方向に振動面を持つ直線偏光によって生じるスペックルパターンと、水平方向に対して角度θをなす直線偏光によって生じるスペックルパターンの相関をみると、θが大きくなるにつれてスペックルパターンの相関は小さくなり、偏光方向が直交した場合（θ＝９０°）には、互いに相関のない独立したパターンになった。
【００３０】
各パターンの相関係数を計算した結果、すなわち偏光方向が互いに３０度異なる２つの光線の相関係数、同じく４５度異なる２つの光線の相関係数、同じく９０度異なる２つの光線の相関係数を図４に示す。ここで、スペックルパターンの強度を低減するためには、偏光方向が９０度異なる２つの光線の相関係数が０.１以下であることが好ましく、さらに好ましくは０.０５以下であることが望ましい。言い換えると、所定のスペックルパターンに対して、相関係数が０.１以下（好ましくは０.０５以下）となるようなスペックルパターンを含む複数のスペックルパターンを重ね合わせることが可能な構成とすることにより、スペックル強度（スペックルノイズの強度）を低減することが可能となる。
【００３１】
また、ここで求められた各パターンのスペックル強度Ｘ１、Ｘ２の相関係数ｒは、スペックル強度の平均値＜Ｘ１＞、＜Ｘ２＞を用いて下式のように定義される。
【００３２】
【数１】
2006047422.tif 000003
本実施例では、偏光制御ユニット１００によって、スクリーン上に到達するレーザビームの偏光方向を時間的に変化させる。
【００３３】
次に、図５を用いて、レーザビームの偏光方向の変化の様子を説明する。レーザビームの偏光方向は、１／２波長板２０３の回転に伴って回転する。レーザビームでスクリーン上を走査する場合においては、時間の経過に伴ってレーザビームの到達位置が変化する。このため、スクリーン上の各位置に到達するレーザビームの偏光方向は、図５に示すように様々な方向になる。このように、偏光制御ユニット１００によってスクリーン上に到達するレーザビームの偏光方向を時間的に変化させている。
【００３４】
図５のフレーム１からフレーム４は時間的に連続したフレームである。そして、スクリーン上のある画素Ｘに着目したとき、フレーム１における画素Ｘでの偏光方向と、次のフレーム２、さらにはその次のフレーム３，４におけるレーザビームの偏光方向が順次異なっている。したがって、画素Ｘで発生するスペックルパターン（スペックル強度）はフレームごとに変化する。
【００３５】
フレームレート６０Ｈｚで各フレームが描画される場合、スペックルパターンの時間的変化は人間の眼の残像時間（おおむね１／３０秒）よりも速いので、眼の残像効果によって各フレームで発生したスペックルパターンの強度が積分される。その結果、スペックル強度の重ねあわせによって、スペックルを低減することができる。
【００３６】
本実施例では、１／２波長板２０３を回転させることによってスクリーンに到達するレーザビームの偏光方向を時間的に回転させることにより、スペックル低減の効果を得ることができる。ただし、スペックル低減の効果を得るためには、スクリーン上のある画素Ｘに到達するレーザビームの偏光方向が、フレームごとに変化している必要がある。このためには、偏光方向の変化の周期がフレームレートの整数倍にならないように、１／２波長板２０３の回転数を設定するとよい。また、人間の眼の残像効果によりスペックル強度の重ね合わせを行うためには、人間の眼の残像時間１/３０秒以内でスペックルパターンが変化するように１/２波長板２０３の回転数を設定するとよい。
【００３７】
例えば、フレームレートが６０Ｈｚの場合には、１/６０秒ごとにレーザビームの偏光方向が９０°以上回転するように１/２波長板２０３の回転数を設定すれば、より効果的にスペックルを低減することができる。このような条件を満たすためには、１/６０秒ごとに１/２波長板が少なくとも１/８回転(４５度)以上回転する必要があるため、１/２波長板２０３の回転数は４５０ｒｐｍ以上に設定するとよい。
【００３８】
１つの実験として、レーザ光源１０１に波長５３２ｎｍの緑色光を発する固体レーザを用い、偏光制御ユニット１００の１/２波長板２０３を３９００ｒｐｍで回転させて、スクリーン上に静止画像を表示した場合、偏光制御ユニット１００を用いない場合に比べて、該静止画像のスペックルコントラストＣを０.７４倍（Ｃ＝０．３１からＣ＝０．２３）に低減することができた。
【００３９】
さらに本実施例では、レーザビームを１/２波長板２０３を透過させることによって該レーザビームの偏光方向を変化させる構成であるため、拡散板を用いる場合のような大きな光量ロスは発生せず、かつ細いビーム径を維持したまま画像を表示することができる。また、偏光制御ユニット１００（１/２波長板２０３）をレーザ光源１０１と走査デバイス１０５との間に配置することにより、１/２波長板２０３の大きさ、つまりは表示光学系全体の大きさをより小さくすることができる。
【００４０】
なお、本実施例では、集光光学系１０３を走査デバイス１０４よりも光源側に配置した場合について説明したが、走査デバイス１０４よりも走査面１０５側に配置しても構わない。また、本実施例では、走査デバイス１０４として、一次元走査タイプのＭＥＭＳミラーデバイスとガルバノミラー又は２次元走査タイプのＭＥＭＳミラーデバイスの例を示したが、本発明においては、他の走査デバイスを用いることもできる。
【００４１】
また、本実施例では、１／２波長板２０３を回転させる偏光制御ユニットとしてユニットを用いる場合について説明したが、波長板（位相差板）としては他の波長板を用いることもできる。例えば、入射した直線偏光を楕円偏光に変換する波長板でもよい。この場合、該波長板を回転させることにより、楕円偏光の長軸方向が回転することになる。但し、上記実施例の１／２波長板をそのまま１／４波長板に置き換えても、入射した直線偏光が円偏光に変換されて、本実施例のような異なるスペックルパターンの重ね合わせによるスペックル低減効果が得られない。この場合は、例えば、コリメーターレンズ１０２の次に第１の１／４波長板を配置し、さらにその次に第２の１／４波長板を有した偏光制御ユニット１００を配置すればよい。
【００４２】
また、偏光制御ユニットとしては、波長板を回転させるもの以外でも、射出する光の偏光状態を時間的に変化させるものであればいずれのものでも用いることができる。例えば、図６に示すように、ニオブ酸リチウムや可変ファラデー回転子などに代表される偏波制御器３０３により構成される偏光制御ユニット１００を用いることもできる。
【００４３】
偏波制御器３０３は、入力された電気信号に応じて、入射光の偏光状態を他の偏光状態に変化させる機能を有する。このような偏波制御器３０３に与える電気信号を時間的に変化させることにより、１／２波長板２０３を回転させる場合と同様に、レーザビームの偏光状態を時間的に変化させることができ、スペックルノイズの低減効果が得られる。
【００４４】
また、図７に示すように、所定方向の部位ごとに、偏光に対して与える位相差が異なる複屈折素子４０３を偏光制御ユニット１００として用いることもできる。該複屈折素子４０３を、アクチュエータ等を含む駆動機構４０４によって上記所定方向（レーザビームの進行方向に対して略直交する方向：第１の方向）に移動させることにより、レーザビームの偏光状態を時間的に変化させることができる。このため、１／２波長板を回転させる場合と同様なスペックルノイズの低減効果が得られる。
【００４５】
また、本実施例では、波長５３２ｎｍの緑色光を発する固体レーザを光源として用いた実験例について説明したが、直線偏光を射出するレーザ光源として半導体レーザなどを用いても、固体レーザを用いたときと同様なスペックルノイズの低減効果が得られる。また、青色レーザや赤色レーザを光源として単色画像を表示した場合でも、緑色レーザを用いた場合と同様なスペックルノイズの低減効果が得られる。
【００４６】
また、本実施例では、単色のレーザを光源として用いた走査型表示装置の例を示したが、赤色、緑色、青色の三色のレーザを光源として用いた走査型カラー表示装置においても、同様にスペックル低減の効果が得られる。
【００４７】
各波長に対応したスペックルパターンは独立している。したがって、赤色、緑色、青色のレーザ光を同時に発生させて、カラー（白色）の画面を表示する場合、スペックルパターンの重ねあわせが起こり、スペックルが低減される。よって、単色の画像を表示した場合と比較してスペックルがより目立たなくなる。
【００４８】
カラー画像を表示させる場合、赤色、青色、緑色のレーザビームを合成して、１本の白色ビームを作る。その白色ビームの中に、偏光制御ユニットとして成る１／２波長板を配置する場合、１／２波長板は緑色レーザの波長に設定する。ここで、１／２波長板をある波長に設定するということは、レーザ光を１／２波長板を透過させたときに、レーザ光の位相差がπとなることをいう。緑色レーザの波長に設定された１／２波長板を用いることで、緑色のスペックルを低減する効果が最大限に得られる。また、赤と青のほぼ中間の波長域にある緑色レーザの波長に１／２波長板を設定することで、赤色と青色のレーザ光についても直線偏光にほぼ近い状態のまま偏光方向を回転できる。このような理由で、カラー画像のスペックルを低減する効果を最大限に得ることができる。また、他の例として、１／２波長板を赤色（波長領域の中心波長）と青色（波長領域の中心波長）の間のどの波長に設定してもよい。
【実施例２】
【００４９】
図８には、本発明の実施例２である画像投射装置の表示光学系の水平断面を示している。本実施例では、赤色、緑色および青色の３色のレーザ光源を用いている。
【００５０】
赤色レーザ光源５０１−ａ、緑色レーザ光源５０１−ｂおよび青色レーザ光源５０１−ｃのそれぞれから発せられた発散光束は、コリメーターレンズ５０２−ａ，５０２−ｂ，５０２−ｃによって略平行光束化された後、クロスダイクロイックプリズム５１０によって合成される。クロスダイクロイックプリズム５１０から射出射した光束（レーザビーム）は、偏光制御ユニット５００に入射する。
【００５１】
偏光制御ユニット５００から射出したレーザビームは、照明光学系５０３に入射する。照明光学系５０３は、入射したレーザビームの径を拡大するとともに略平行光束とし、空間光変調器５０４に照射する。
【００５２】
空間光変調器５０４は、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）により構成される２次元光変調器であり、入射した光を画像信号供給装置（図１参照）からの画像信号に応じて変調する。空間光変調器５０４から射出したレーザビームは、投影光学系５０５によってスクリーン等の投射面５０６上に投射される。
【００５３】
本実施例でも、偏光制御ユニット５００によって、投射面５０６に到達するレーザビームの偏光方向を時間的に変化させ、これにより、実施例１と同様にスペックルノイズの低減効果が得られる。なお、本実施例における偏光制御ユニット５００は、実施例１において説明したものと同じである。
【００５４】
本実施例では、偏光制御ユニット５００（例えば、１／２波長板）をレーザ光源５０１−ａ，５０１−ｂ，５０１−ｃと空間光変調器５０４との間に配置したが、偏光制御ユニットは、レーザ光源と投射面５０６との間のどの位置に配置しても構わない。但し、空間光変調器５０４よりも投射面側、さらに言えば、照明光学系５０３よりも投射面側に比べてレーザビーム径が細いレーザ光源５０１−ａ，５０１−ｂ，５０１−ｃと空間光変調器５０４又は照明光学系５０３との間に配置することによって、偏光制御ユニット５００を小型にすることができる。
【００５５】
また、本実施例では、二次元空間光変調器を用いた場合について説明したが、一次元の空間光変調器を用い、他の一次元方向に変調後のレーザビームを走査することで、２次元画像を表示できる。このような場合でも、偏光制御ユニット５００により投射面５０６に到達するレーザビームの偏光方向を時間的に変化させることにより、実施例１と同様なスペックルノイズの低減効果が得られる。
【実施例３】
【００５６】
図９には、本発明の実施例３である画像投射装置の表示光学系におけるレーザ光源１０１から走査デバイス１０４までの水平断面を概略的に示している。本実施例の表示光学系は、基本的に実施例１の表示光学系と同じ構成を有するが、本実施例では、偏光制御ユニット６００に、走査面上でのレーザビームの入射位置を概ね１画素の範囲内で時間的に変化させるウォブリング機能を持たせた点で実施例１と異なる。
【００５７】
実施例１と同様に、レーザ光源１０１から発せられた発散光束は、コリメーターレンズ１０２によって略平行光束化され、偏光制御ユニット６００に入射する。偏光制御ユニット６００から出射したレーザビームは、集光光学系１０３を介して走査デバイス１０４に入射し、走査面上で走査される。なお、本実施例でも、集光光学系１０３を、走査デバイス１０４と走査面との間に配置してもよい。
【００５８】
本実施例における偏光制御ユニット６００の構成について説明する。コリメーターレンズ１０２から射出したレーザビームは、１／２波長板６０３に入射する。ここで、１／２波長板６０３の入射面ａと射出面ｂとは相対的に傾いている（非平行である）。具体的には、図９に示すように、レーザビームの進行方向に対して略直交する入射面ａに対して、射出面ｂが傾いている。この１／２波長板６０３は、駆動機構６０４によってレーザビームの進行方向に対して略平行な軸を中心に回転駆動される。
【００５９】
１／２波長板６０３が回転することにより、１／２波長板６０３から射出したレーザビームの偏光方向は、１／２波長板６０３の２倍の回転速度で回転する。また、１／２波長板６０３の出射面ｂが入射面aに対して傾いているので、１／２波長板６０３の回転に伴って、図１０に示すようにレーザビームの射出角が時間的に変化する。そして、このように１／２波長板６０３の出射面ｂからの射出角が変化するレーザビームが走査デバイス１０４によって２次元方向に走査されることにより、レーザビームの入射位置が時間的に変化するウォブリング機能が得られる。
【００６０】
ここで、１／２波長板６０３の出射面ｂの傾きは、表示画像の解像度の低下を防ぐために、走査面でのレーザビームの入射位置の時間的に変化が１画素分程度になるように設定されている。
【００６１】
本実施例では、実施例１と同様に、１／２波長板６０３を回転させる偏光制御ユニット６００を用いることによって走査面上に到達するレーザビームの偏光方向を時間的に変化させ、スペックルノイズの低減効果が得られる。さらに、偏光制御ユニット６００に、走査面でのレーザビームの入射位置を１画素分程度、時間的に変化させるウォブリング機能を持たせることにより、レーザビームが入射した位置での走査面（例えば、スクリーン）の粗さがレーザビームの入射位置によって変化するため、レーザビームの入射位置の変化に対応した独立したスペックルパターンを複数発現させることができ、これらのスペックル強度を重ね合わせることでスペックルノイズの低減効果をさらに大きくすることができる。
【００６２】
なお、本実施例では、単色のレーザ光源を用いた場合について説明したが、赤色、緑色および青色の３色のレーザ光源を用いてカラー画像を表示することも可能である。
以上説明したように、上記各実施例によれば、偏光制御ユニットによってスクリーン等の投射面上に到達するレーザ光の偏光状態を時間的に変化させることができる。投射画像のスペックルパターンは、投射面に入射するレーザビームの偏光状態に依存した異なるパターンになるため、レーザビームの偏光状態を時間的に変化させることにより、スペックルパターンも時間的に変化する。そして、人間の眼の残像時間よりも速くスペックルパターンを変化させることにより、該残像効果によって時間的に変化するスペックル強度が積分される。この結果、スペックル強度の重ねあわせによって、投射画像のスペックルノイズを低減させることができる。しかも、偏光制御ユニットは、波長板や複屈折素子や偏波制御器等の薄型で、拡散素子に比べて光量ロスの少ない素子を用いて構成することができる。したがって、小型の光学系によって、投射画像のスペックルノイズを低減でき、画質を向上させ、さらに明るい画像を投射することができる。さらに、レーザビームを走査して画像を表示する場合において、拡散素子を用いる場合に比べて走査面上でのレーザビーム径を細くすることができるので、高解像度の画像を表示することができる。
【００６３】
また、偏光制御ユニットにウォブリング機能を持たせることにより、スペックルノイズの低減効果をさらに大きくすることができる。
【００６４】
なお、上記実施例では、コヒーレンス性を有する光としてレーザ光を用いる場合について説明したが、ＬＥＤから発せられる光等、他のコヒーレンス性を有する光を用いる場合にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施例１である画像投射装置に用いられる表示光学系の概略構成図。
【図２】実施例１における１／２波長板を用いた偏光制御ユニットの構成を示す説明図。
【図３】実施例１におけるスペックルパターンの変化の様子（実験例）を示す説明図。
【図４】実施例１におけるスペックルパターンの相関係数（実験例）を示す表図。
【図５】実施例１におけるスクリーンに入射するレーザビームの偏光方向の時間的変化の様子を示す説明図。
【図６】実施例１における偏波制御器を用いた偏光制御ユニットの構成を示す説明図。
【図７】実施例１における複屈折素子を用いた偏光制御ユニットの構成を示す説明図。
【図８】本発明の実施例２である画像投射装置に用いられる表示光学系の概略構成図。
【図９】本発明の実施例３である画像投射装置に用いられる表示光学系の概略構成図。
【図１０】実施例３におけるウォブリング機能を説明する図。
【符号の説明】
【００６６】
１００，５００，６００  偏光制御ユニット
１０１，５０１  レーザ光源
１０２，５０２  コリメーターレンズ
１０３  集光光学系
１０４  走査デバイス
１０５  走査面
２０３，６０３  １／２波長板
２０４，４０４，６０４  駆動機構
３０３  偏波制御器
４０３  複屈折素子
５０３  照明光学系
５０４  空間光変調器
５０５  投影光学系
５０６  スクリーン
５１０  クロスダイクロイックプリズム
【図１】
2006047422.tif 000004
【図２】
2006047422.tif 000005
【図３】
2006047422.tif 000006
【図４】
2006047422.tif 000007
【図５】
2006047422.tif 000008
【図６】
2006047422.tif 000009
【図７】
2006047422.tif 000010
【図８】
2006047422.tif 000011
【図９】
2006047422.tif 000012
【図１０】
2006047422.tif 000013